Nivelamento é um tipo de medição geodésica. Ele é usado para encontrar as alturas relativas de vários pontos na superfície da Terra. Objetos naturais como rios, mares, oceanos, campos ou outros pontos de partida podem ser considerados como um nível condicional em tais medições. Na verdade, o nivelamento é a determinação do valor do excesso da superfície de cada objeto sobre um dado (referência). Tais medições são necessárias para compilar um relevo preciso da área em estudo. No futuro, esses dados serão usados na elaboração de planos de terreno, mapas ou para resolver problemas específicos aplicados.
Que tipos de nivelamento existem?
Tais medições podem ser realizadas por uma variedade de métodos, diferindo no equipamento ou tecnologia utilizada. Considere quais são os principais tipos de nivelamento. Os mais comuns são cinco métodos: medição geométrica, trigonométrica, barométrica, mecânica e hidrostática de superfícies. Vamos conhecer cada um deles com mais detalhes.
Nivelamento geométrico
Com este método de medição do terreno, umatrilho geométrico e nível do dispositivo. O princípio do tiro é instalar um trilho com traços e divisões no ponto requerido próximo à superfície em estudo. Depois disso, usando um feixe de mira horizontal, a diferença de altura é contada. O nivelamento geométrico é realizado de acordo com o princípio "do meio" ou "para a frente". Ao medir pelo primeiro método, os trilhos são instalados em dois pontos da superfície, o dispositivo está localizado entre eles a uma distância equidistante. O resultado da pesquisa são dados sobre o excesso de uma das barras sobre a outra. O segundo método é clássico - um dispositivo e um trilho. Esses métodos de nivelamento são os mais comuns. Eles encontraram aplicação na construção de objetos pequenos (casas) e grandes (pontes).
Nivelamento trigonométrico
Com este tipo de trabalho de medição, costuma-se usar dispositivos goniométricos especiais, que são chamados de teodolitos. Com a ajuda deles, são obtidas informações sobre os ângulos de inclinação do feixe de visão, que passa por um par de pontos dados na superfície. O nivelamento trigonométrico é amplamente utilizado em medições topográficas para determinar a diferença de altura entre dois objetos que estão a uma distância considerável um do outro, mas na zona de visibilidade óptica do dispositivo.
Medição de superfície barométrica
Nivelamento barométrico é um método de medição baseado na dependência da pressão do ar atmosférico da altura de um ponto na superfície a ser determinada. O processo de leitura é feito usandobarômetro. Este sistema de nivelamento deve levar em conta uma série de correções para a temperatura real do ar e sua umidade. Este método encontrou aplicação em áreas de difícil acesso (por exemplo, em condições montanhosas) durante várias expedições geográficas e geológicas.
Medição mecânica (técnica) de superfície
Nivelamento técnico envolve o uso de um dispositivo especial - nivelamento automático. Com ele, o perfil da área em estudo é traçado em modo automático por meio de um disco de fricção que registra a distância percorrida e um fio de prumo definido que define a vertical. Tal dispositivo geralmente é instalado em um veículo e conduzido de um determinado ponto a outro. O nivelamento técnico permite determinar a diferença de altura entre os objetos estudados, a distância entre eles e o perfil do terreno, que é registrado em uma fita fotográfica especial.
Medição de superfície hidrostática
Nivelamento hidrostático é um método baseado no princípio dos vasos comunicantes. O disparo dessa maneira é realizado usando um dispositivo hidrostático, que funciona com um erro de até dois milímetros. Tal nível é montado a partir de um par de tubos de vidro conectados por uma mangueira, este sistema é preenchido com água. O processo de medição é realizado da seguinte forma - os tubos são presos aos trilhos nos quais a escala é aplicada. Depois disso, as barras são instaladas próximas aos objetos em estudo, as divisões marcam o valor numéricodiferença entre dois níveis. Este projeto tem uma desvantagem significativa, ou seja, o limite de medição limitado, que é determinado pelo comprimento da mangueira.
Os métodos de nivelamento descritos (exceto os mecânicos) são muito simples e não requerem nenhum conhecimento específico do operador, por isso são amplamente utilizados na construção civil e outras áreas da economia nacional.
Aulas de medição
Além da técnica de medição, o nivelamento geralmente é dividido em classes de precisão. Cada um deles corresponde a um determinado tipo e método de recuperação da informação. Vamos considerar quais classes de nivelamento existem.
- Primeira classe é considerada altamente precisa. Corresponde a um erro aleatório rms de 0,8 milímetros por quilômetro e um erro sistemático de 0,08 mm/km.
- A segunda classe também é considerada altamente precisa. No entanto, o erro aqui é um pouco maior - o erro rms é de 2,0 mm/km e o erro sistemático é de 0,2 mm/km.
- Terceira aula. Corresponde a um erro padrão de 5,0 mm/km, não sendo considerada a sistemática.
- Quarta série. Corresponde a um erro quadrático médio igual a 10,0 mm/km, o erro do sistema também não é levado em consideração.
Dependendo das características do terreno e dos objetivos do levantamento, vários métodos de levantamento de dados podem ser usados. Por exemplo, por polígonos, por linhas paralelas ou nivelando a superfície por quadrados. Esta última técnica é a mais utilizada, é amplamente utilizada para coleta de dados degrandes áreas abertas com alturas de seção transversal relativamente baixas. Vamos considerá-lo com mais detalhes.
Quadrado
O nivelamento de superfície por este método é realizado para obter planos topográficos em grande escala de áreas planas. A posição suave dos pontos de controle é determinada pela colocação de travessas. E alturas - pelo método de medição geométrica usando níveis técnicos. O processo de aquisição de dados pode ser realizado de duas maneiras diferentes: por movimentos de nivelamento de assentamento com quebra gradual dos diâmetros e por quadrados.
O nivelamento por esquadros é realizado quebrando-se no solo com uma fita métrica e um teodolito (uma grade com célula de vinte metros de lado) quando medido na escala de 1:500 e 1:1000, quarenta metros - ao fotografar em uma escala de 1:2000 e cem metros em 1:5000.
Ao mesmo tempo, fixa-se a situação do território estudado e traça-se um contorno. Esses procedimentos são realizados da mesma forma que no levantamento de teodolito. Além dos topos das células, objetos de relevo característicos são fixados no solo - pontos mais: topo e base do morro, fundo e bordas da fossa, pontos do vertedouro e linhas da bacia, entre outros.
A justificação do levantamento é criada colocando passagens de nivelamento e teodolito ao longo dos limites externos da grade de quadrados, que são então ligados aos pontos de uma única rede estadual. As alturas dos pontos positivos e dos vértices das células são determinadas pelo método de nivelamento geométrico. Se o comprimento lateralquarenta metros quadrados ou menos, então de uma estação eles tentam medir todos os pontos determinados. A distância do dispositivo à barra não deve exceder 100-150 metros. Se o comprimento do lado do quadrado for de cem metros, o nível será colocado no centro de cada célula. De acordo com o levantamento de campo da área pelo método dos quadrados, um log de nivelamento e um esboço de medidas são compilados.
Log e contorno de nivelamento por quadrados
O log contém dados sobre o tamanho do lado da célula, ligando a grade de coordenadas às travessias do teodolito (justificação geodésica). Além disso, a vinculação a objetos de terreno é indicada - lagos, colinas e assim por diante. Deve-se notar também a partir de quais posições foi realizado o nivelamento do terreno. O esboço contém os resultados de atirar em cada um dos quadrados. Na parte superior e no ponto positivo de cada célula, são indicadas as leituras do lado preto da barra (em metros), bem como as alturas calculadas. Este cálculo é realizado no horizonte do instrumento. As alturas dos vértices das células são determinadas pela diferença entre o horizonte do instrumento na estação e a leitura no trilho.
Para controlar o processo de medição de superfície para dois vértices de células, o nivelamento é realizado a partir de duas estações diferentes. A elaboração de um plano com base nos materiais obtidos para a coleta de dados de superfície começa com a fixação no tablet de acordo com as coordenadas dos pontos da rede geodésica do estado unificado, objetos de justificação de levantamento (nivelamento e movimentos de teodolito), além de pontos, vértices de quadrados e a situação.
Método de aplicação
Ao nivelar o território de uma formaaplicações de teodolito e passagens de nivelamento, desagregadas em diâmetros, as passagens são dispostas ao longo das linhas características naturais de uma determinada área, por exemplo, ao longo de açudes ou bacias hidrográficas. Nesse tipo de trabalho, seções transversais e piquetes devem ser fixados a cada quarenta metros no levantamento na escala 1:2000 e a cada vinte metros no levantamento na escala 1:1000 e 1:500. Nos pontos de inflexão das encostas, mais objetos são marcados. No processo de montagem de piquetes, a situação deve ser corrigida e um esboço elaborado. Os registros de nivelamento são feitos no diário. Ele marca os números de série dos piquetes, leituras nos lados vermelho e preto dos trilhos, as distâncias dos objetos positivos dos piquetes mais próximos. Com base nos resultados do nivelamento, é elaborado um plano topográfico do território, perfis transversais e longitudinais do terreno.
É conveniente medir a superfície nas áreas do local proposto para paisagismo e planejamento vertical do território. Um exemplo é o projeto paisagístico da área ao redor de qualquer monumento arquitetônico ou uma zona de paisagismo.
O que é um nível?
Para realizar a medição geométrica do terreno, amplamente utilizada na construção, são utilizados níveis de diversos desenhos. Esses dispositivos, de acordo com seu princípio de funcionamento, geralmente são divididos em: eletrônicos, laser, hidrostáticos e óptico-mecânicos. Todos os níveis estão equipados com um telescópio girando em um plano horizontal. O design moderno de tal dispositivo de medição prevê compensação automáticapara ajustar o eixo visual para a posição de trabalho.
Histórico de nivelamento
As primeiras informações que chegaram ao homem moderno sobre o nivelamento referem-se ao século I aC, ou seja, a construção de canais de irrigação na Grécia e Roma antigas. Documentos históricos mencionam um dispositivo de medição de água. Sua invenção e uso estão associados aos nomes do antigo cientista grego Heron de Alexandria e do arquiteto romano Mark Vitruvius. O impulso para o desenvolvimento desses instrumentos de medição e métodos de nivelamento foi a criação de uma luneta, um barômetro, um nível cilíndrico e uma grade de graduação em lunetas. Essas invenções datam dos séculos XVI e XVII e possibilitaram o desenvolvimento de um sistema de levantamento preciso da superfície da Terra.
Na Rússia, na época de Pedro, o Grande, foi fundada uma oficina de óptica, onde, entre outras coisas, também produziam níveis, só então eram chamados de níveis de bolha com cachimbo. I. E. Belyaev estava envolvido no desenvolvimento de níveis no workshop. No mesmo período, surgiram os primeiros instrumentos de medição, baseados em barômetros. No início do século XIX, surgiram os primeiros níveis trigonométricos, com a ajuda deles foram realizados trabalhos em grande escala para determinar a diferença nos níveis dos mares Azov e Negro, a altura do Monte Elbrus foi medida. O uso de instrumentos geométricos é registrado em meados do século XIX. Assim, em 1847 foram utilizados na construção do Canal de Suez. Em nosso país, o nivelamento geométricosuperfície foi utilizada na construção de estradas de água e de terra. O início da criação da rede estatal doméstica é considerado 1871. Em seguida, iniciou-se o trabalho de fixação e instalação de pontos que serviram de base para levantamentos topográficos.
Aplicação de nivelamento
O resultado do nivelamento é a criação de uma única rede geodésica de referência, que serve de base para medições topográficas da área ou várias medições geodésicas. O tiro é amplamente utilizado para fins científicos e de pesquisa: ao estudar o globo, o movimento da crosta terrestre, para corrigir flutuações no nível dos mares e oceanos.
O nivelamento também é usado na solução de vários problemas aplicados que estão associados à construção de vários objetos, colocação de linhas de comunicação, utilidades, etc. Por exemplo, a medição do terreno é necessária para transferir decisões de projeto em altura, além disso, durante instalação trabalha na instalação de estruturas de construção. Na resolução de tais problemas, são sempre utilizados os dados obtidos pelo serviço de geodésia. Além disso, diretamente para resolver várias tarefas altamente especializadas, são usados sistemas automáticos de recuperação de informações. Tais tarefas incluem, por exemplo, a reparação e construção da estrada. Os sensores incluídos no dispositivo de nivelamento automático são instalados em vagões ferroviários, vagões, resultando em um perfil pronto da área em estudo no menor tempo possível.
Tecnologias modernas
Até hoje,devido ao extraordinário desenvolvimento rápido da ciência e tecnologia, vários conhecimentos técnicos são usados para nivelar a superfície.
- Laser. Seu trabalho é baseado na leitura dos parâmetros do terreno usando um dispositivo de varredura a laser.
- Ultrassônico. O elemento principal de tal dispositivo é um sensor ultrassônico que emite ondas.
- tecnologia GNSS, que está associada à obtenção de informações sobre as coordenadas atuais usando comunicações via satélite. Esse equipamento fornece precisão de nivelamento muito alta.
Para garantir o processamento eficiente de um grande número de fluxos de informação obtidos no processo de aplicação do know-how acima, é necessário ter um software especial apropriado que execute tarefas relacionadas ao armazenamento, gerenciamento, visualização e processamento dados.
Sistemas modernos de nivelamento na construção de estradas
Sistemas automatizados são amplamente utilizados na construção de estradas modernas. Eles permitem que você gerencie equipamentos de construção de estradas, dada sua posição atual. Paralelamente, o nivelamento automático do percurso distingue-se pela elevada precisão dos trabalhos executados, o que melhora significativamente a qualidade da estrada a ser produzida, bem como reduz o tempo de construção. Tais dispositivos, instalados em pavimentadoras de asf alto, fresadoras de estradas, tratores, permitem eliminar danos e defeitos no pavimento antigo ao colocar uma nova camada. Esses níveis controlam a inclinação transversal da estrada, executam-na de acordo com o projeto precisamente especificadoparâmetros. Os modernos sistemas de medição de superfície para equipamentos de construção de estradas são divididos em vários tipos, dependendo da tecnologia utilizada.
- Dispositivos ultrassônicos com diferentes números de sensores.
- Sistemas de captação a laser.
- Dispositivo baseado em tecnologia GPS por satélite.
- Sistema 3D baseado no princípio da estação total.
Se necessário, dependendo da complexidade e peculiaridade do trabalho a ser realizado, pode ser utilizada uma ou outra tecnologia de nivelamento automático.
